基于GSM的可调节智能鱼缸生态系统

白春雨 吴红海 赵怀冬 陈丽妮 韩丹

摘 要：随着人们生活水平的提高，养鱼已经成为大多数人的爱好。针对目前市面上魚缸种类繁多，且多为手动控制的情况，本系统以STM32F103ZET6嵌入式微处理器为核心，并通过相应的软硬件设计，实现了对鱼缸的智能控制，完成了对鱼缸的温度检测、PH值检测、水位检测和自动喂食等功能，并可以将检测到的数据通过GSM模块发送到用户的手机上，提供实时信息，大大提高了鱼的存活率。

关键词：智能鱼缸；智能控制；STM32

随着社会的发展，越来越多的人们开始着力寻求自己的业余生活以此来提高自己的生活质量。因此养鱼成为了大多数人的选择，然而各种名贵的鱼类对其生态环境具有很高的要求，可往往如此在一个很小的鱼缸中是很难达到这类鱼所需的所有生态环境之需，比如说鱼缸中的水温，换水时间，含氧量，食物量，PH值等，这些在一个鱼缸中是很难达到一个自然平衡的状态，所以经常导致养的一些名贵鱼死亡而带来一些不必要的损失。

由于在这种刚性需求的条件下，智能鱼缸由此产生，它结合了多种鱼类对不同生态环境的需求，如调控后还不满足所需环境，主机就会继续下达命令，然后继续对生态环境进行调控，以达到一个允许的偏差范围内。在此生态系统的调控下可以大大的提高养鱼存活率。

1 系统总体设计

本次设计基于STM32单片机，其属于中低端的32位ARM微控制器，该系列芯片是意法半导体（ST）公司出品，其内核是Cortex-M3。主要模块有传感器模块、自动喂食模块、主控模块、电源模块和显示模块及GSM模块。系统总体框图如下所示：

1.1 主控模块

本课题的主控是STM32F103ZET6，属中低端的32位ARM微控制器。Cortex-M3内核采用ARM V7构架，支持Thumb-2指令集。模块主板集成了FSMC、TIMER SPI、I2C、 SDIO、ADC、DAC、RTC、DMA等众多外设及功能。智能鱼缸的控制系统最重要的是实时、精确，而STM32F103ZET6具有优异的实时性能，84个中断，16级可编程优先级，足以满足系统需求。

1.2 电源模块

本模块采用AS1117-3.3芯片，实现电压由5V转化为3.3V。AS1117-3.3是低压差的线性稳压器，可以输出稳定的低压。

1.3 显示及GSM模块

本模块通过温度传感器、PH检测器和水位检测器测得的数据，用GSM模块的发送到用户的手机上，以便实时掌握家中鱼缸的情况。显示模块采用2.8寸的16位真彩触摸显示屏TFTLCD，并以STM32的FSMC接口控制TFTLCD的显示。读取短信需要将GSM模块返回的 UNICODE 编码字符串转换为 GBK/ASCII 码来显示。

1.3.1显示控制

在16位模式下，ILI9341采用RGB565格式存储颜色数据，这样STM32的16位数据，最低5位代表蓝色，中间6位为绿色，最高5位为红色。

在设置x坐标的时候，只需要带2个参数即可，也就是设置SC即可，因为如果EC没有变化，这里只需要设置一次即可（在初始化 ILI9341 的时候设置），从而提高速度。

选用FSMC的同步突发访问方式，此时需要的设置的时间参数有 2 个：1）HCLK 与 FSMC_CLK 的分频系数（CLKDIV），可以为 2～16 分频；2）同步突发访问中获得第 1 个数据所需要的等待延迟（DATLAT）。

FSMC 综合了 SRAM/ROM、PSRAM 和 NOR Flash 产品的信号特点，有 4 种不同的异步时序模型，这里使用异步模式 A（ModeA）方式来控制 TFTLCD，模式 A 的写操作时序如图2所示：

1.3.2 GSM短信的发送

当GSM模块做完初始化工作后，首先要发出AT看是否连接到了GSM网络，得到OK答复后设置短消息发送模式，然后就要通过AT+CMGF来设置短消息的模式：AT+CMGF=0表示设置为PDU模式，AT+CMGF=1表示设置为TEXT文本模式，本文选择的是TEXT文本模式，回复响应为OK说明短消息格式设置成功。AT+CMGS为发送短消息的命令，AT+CMGS=“13755657812”表示短消息是发送给手机号码为“13755657812”的手机用户的。输入16进制0x1A（ASCII码）后回复响应为OK就说明短信内容为HELLO HELLO”的短消息已经发送到手机号码为“13755657812”的手机用户成功。这样GSM模块就可以发送短消息了。

1.4 检测模块

1.4.1温度检测

温度检测采用T探头采用DS18B20温度传感器芯片，芯片每个引脚均用热缩管隔开，防止短路，内部封胶，防水防潮，防生锈，不锈钢头引线1米，钢管6*50，每个探头经过严格测试，3.0～5.0V供电，9～12位可调分辨率，侧量精度：正负0.5度，感温范围宽-55～125摄氏度，无需外部元件，独特的单总线接口，保证了温度传感器的高灵敏性，极小的温度延迟。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性，适应于恶劣环境现场温度测试当温度变化时，R21 的阻值随之发生变 化，电桥平衡被破坏，电桥两端的压差经过放大后输出一个电压。客户可根据此电压值反推出电桥之间压差，计算出 R21 的阻值，在对照阻值不温度的对应表，得出温度。

1.4.2 PH值检测

PH传感器模块是一款价格低廉，使用方便，可进行二次开发的 PH 值计检测传感器模块.该模块可 以不多种类型的单片机ADC口连接。具有连线简单、方便实用等特点。模块具有电源指示灯、BNC接口，使用时，将 PH 传感器连接到板载的 BNC 接口，传感器的电极采用玻璃电极不参比电极组合在一起的塑壳丌可填充式复合电极，是 PH 计测量元件，用来测量水溶液中的氢离子活度，即PH值。

1.4.3水位檢测

液位传感器是利用红外光学原理，将检测的液位，液面信号通过光学传递，转换为电信号输出，通过传感器采集的电压信号进行判断液位情况。该传感器设计紧凑，体积小巧，防水，圆柱外形方便钻孔安装；可以上置，下置，侧向。斜向安装。传感器头部光顺，清洗容易，而且精度更优越于浮子式液位开关，可控精度在正负0.5mm之内，而现有常用的浮子式液位开关精度为正3.0mm。

液位安装如下图所示：

1.4.4自动喂食

本模块主要实现主人不在家时自动投食的功能。该模块有良好的用户交互界面，可手动设定喂食的时间、次数、数量等，计时精确，工作稳定。工作原理：模块内置精确的控制芯片，可根据设定的时间定时驱动微型减速电机，电机转动时饲料掉落到鱼缸，控制电机的转动时间即可控制每次投食量。

模块系统框图如下：

2 结语

本系统采用红外发射器和一系列传感器，根据主控器stm32设定的程序指令控制鱼缸中的生态系统平衡，让鱼缸中养的各种鱼的成活率达到最高化。本文详细介绍了该鱼缸的结构设置以及其工作方式，它具有成本低，可靠性高的特点，能最大化的保证鱼缸中的生态平衡。

参考文献：

[1] 支元，王登科.基于嵌入式系统智能鱼缸的设计与实现.电脑知识与技术，2015，11（29）.

[2] 郭朝晖，谢锦彪，林伟明.基于GSM的智能家居远程防盗报警系统.传感器世界，2012，18（12）.

注：河南科技大学大学生研究训练计划（SRTP）经费资助